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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- M 240252 KLASSE 46«. GRUPPE- M 240252 CLASS 46 «. GROUP

Dr. GEORGE FRANCOIS JAUBERT in PARIS.Dr. GEORGE FRANCOIS JAUBERT in PARIS.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. Mai 1910 ab.Patented in the German Empire on May 18, 1910.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betriebe von Verbrennungskraftmaschinen (beispielsweise Petroleummaschinen) und im besonderen von Dieselmotoren, die auf Unterseebooten verwendet werden, während der Tauchperiode.The invention relates to a method for operating internal combustion engines (e.g. petroleum machines) and in particular diesel engines used on submarines used during the diving period.

Man hat schon vorgeschlagen, derartige Maschinen während der Unterwasserfahrt mit reinem Sauerstoff zu speisen, der entweder ίο mit den der Kohlensäure beraubten Auspuff-■ gasen (d. h. mit ziemlich reinem Stickstoff) oder mit diesen Auspuffgasen in ungereinigtem Zustande (d. h. mit einem Gasgemisch, das eine große Menge Stickstoff und Wasserdampf, wie auch Kohlensäure und etwas Sauerstoff enthält) vermischt wurde.It has already been proposed to use such machines while underwater To feed pure oxygen, either ίο with the carbonated exhaust ■ gases (i.e. with fairly pure nitrogen) or with these exhaust gases in unpurified Conditions (i.e. with a gas mixture containing a large amount of nitrogen and water vapor, as also contains carbonic acid and some oxygen) was mixed.

Im ersten Falle stellt man ein der atmosphärischen Luft gleiches, die Verbrennung förderndes Gemisch her; im zweiten Falle ist das Gemisch ähnlich wie die Luft, enthält aber außerdem einen gewissen Betrag Wasserdampf und Kohlensäure.In the first case one equates one with the atmospheric air, the combustion promoting mixture; in the second case the mixture is similar to the air it contains but also a certain amount of water vapor and carbonic acid.

Die Zusammensetzung der Auspuffgase eines Dieselmotors ist folgende (Schröter, Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure vom 24. Juli 1897, Nr. 30):The composition of the exhaust gases from a diesel engine is as follows (Schröter, Zeitschrift of the Association of German Engineers of July 24, 1897, No. 30):

Stickstoff. . . .
Kohlensäure .
Sauerstoff
KohlenoxydNitrogen. . . .
Carbonic acid.
oxygen
Carbon dioxide

Es hat sich nun herausgestellt, daß man bei einer der bisherigen gerade entgegengesetzten Betriebsweise, d. h. durch vollkom-It has now been found that one is exactly the opposite of the previous ones Mode of operation, d. H. through completely

Bei vollerAt full Bei halberAt half Belastung:Load: Belastung:Load: 84,8 Prozent,84.8 percent, 82,0 Prozent82.0 percent ire . . 10,0ire. . 10.0 6,2 -6.2 - 5,0 -5.0 - 11,811.8 yd . . 0,2 yd. . 0.2 0,00.0

menes Ausschalten des Stickstoffs aus dem Auspuffgase und alleiniges Beibehalten der Kohlensäure sehr günstige Ergebnisse erhält.menes switching off the nitrogen from the exhaust gases and only maintaining the Carbonic acid gives very favorable results.

Wenn man beim Betriebe einer Kraftmaschine der angegebenen Art, in der die Auspuffgase wieder verwendet werden, in dem zur Verbrennung nötigen Gas, ohne an dem Sauerstoffgehalt etwas zu ändern, die (prozentuale) Konzentration der Kohlensäure auf Kosten der beiden anderen Bestandteile der Auspuffgase, des Stickstoffs und des Wasserdampfes (die. ^ß/₇ der Auspuffgase ausmachen) vergrößert, so nimmt die Kohlensäure in diesem Zustande größerer Konzentration und bei Abwesenheit von Wasserdampf unter Freigabe von freiem Kohlenstoff nach folgender Gleichung an der Verbrennung teil: If, when operating a prime mover of the specified type, in which the exhaust gases are reused, the (percentage) concentration of carbonic acid in the gas required for combustion without changing the oxygen content at the expense of the other two components of the exhaust gases, des Nitrogen and water vapor (which ^{make up ß} / _{7 of} the exhaust gases), the carbonic acid takes part in the combustion in this state of greater concentration and in the absence of water vapor with the release of free carbon according to the following equation:

C₇F₁₆ -f 4 CO₂ + HitzeC ₇ F ₁₆ -f 4 CO ₂ + heat

Petroleum KohlensäurePetroleum carbonic acid

= 5V₂C₂ + 8H₂O + Hitze.= 5V ₂ C ₂ + 8H ₂ O + heat.

5555

Kohlenstoffcarbon

Wasserwater

Beide Produkte dieser Reaktion sind, wie man sieht, bei gewöhnlicher Temperatur nicht gasförmig und können infolgedessen leicht an Bord aufbewahrt werden.As can be seen, both products of this reaction are not at ordinary temperature gaseous and can therefore be easily stored on board.

Die durch diese Gleichung dargestellte Reaktion ist das Gegenstück zu der Umsetzung von Kohlenstoff in Kohlensäure und Kohlenoxyd unter der Einwirkung von Wasserdampf: The reaction represented by this equation is the opposite of the implementation of carbon in carbonic acid and carbon dioxide under the action of water vapor:

C + H₂O ^==±iCO +H₂ C + H ₂ O ^ == ± iCO + H ₂

C + 2H₂O ^==L· CO₂ + 2H₂.C + 2H ₂ O ^ == L • CO ₂ + 2H ₂ .

Die Betrachtung dieser beiden Gleichgewichtsgleichungen lehrt, daß man, um dieConsideration of these two equations of equilibrium teaches that, in order to obtain the

rechtsstehende Reaktion zu erhalten, in dem zur Verbrennung beitragenden Gemisch den Stickstoff ausscheiden, den Wasserdampfgehalt verringern und den Gehalt an Kohlensäure und Wasserstoff vergrößern muß, d. h. für den vorliegenden Fall muß man die Zufuhr an kohlenwasserstoffhaltigem Brennstoff (Petroleum) vergrößern.to obtain the reaction on the right in the mixture contributing to the combustion Eliminate nitrogen, reduce the water vapor content and the carbonic acid content and increase hydrogen, d. H. for the present case you have to use the feed increase in fuel containing hydrocarbons (petroleum).

Demgemäß besteht das Verfahren nach derAccordingly, there is the method according to

ίο Erfindung darin, die Verbrennung des Petroleums während der < Tauchperiode unter Anwesenheit eines die Verbrennung fördernden Gases stattfinden zu lassen, das nur aus mit Kohlensäure verdünntem Sauerstoff besteht, und dies zu dem Zwecke, während man den Sauerstoff der Kohlensäure an der Verbrennung des Petroleums sich beteiligen läßt, eine Verminderung des Verbrauchs an eingeführtem Sauerstoff und eine Verminderung der nicht zu verdichtenden Bestandteile in dem Überschuß der Auspuffgase zu erhalten und diesen Überschuß an Auspuffgasen leicht im Wasser löslich zu machen. In der Zeichnung ist eine beispielsweise Einrichtung eines Zweitaktdieselmotors an Bord eines Unterseebootes schematisch dargestellt, der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung arbeitet. ίο Invention in the burning of petroleum during the <immersion period in the presence of a combustion promoting To allow gas to take place, which consists only of oxygen diluted with carbonic acid, and this for the purpose of taking the oxygen from the carbonic acid to the combustion of petroleum involved, a reduction in the consumption of imported Oxygen and a reduction in the non-compressible components in the excess of the exhaust gases and this To make excess exhaust gases easily soluble in water. In the drawing is one for example, a schematic of a two-stroke diesel engine on board a submarine shown operating according to the method according to the invention.

Der Zweitaktmotor von bekannter Konstruktion hat zwei mit den Enden aneinander liegende Zylinder α und b, deren Kolben in Tandemanordnung an einer gemeinsamen Pleuelstange angreifen.The two-stroke engine of known construction has two cylinders α and b, which are mutually end-to-end, and whose pistons act in tandem on a common connecting rod.

Der Zylinder α dient als Kompressionspumpe und fördert in einen Behälter h, der andere, b, der Zylinder der Kraftmaschine, hat ein Einlaßventil c für Petroleum oder anderen flüssigen Brennstoff, der durch eine Leitung d zugeführt wird.The cylinder α serves as a compression pump and delivers into a container h, the other, b, the cylinder of the engine, has an inlet valve c for petroleum or other liquid fuel, which is fed through a line d.

Die Einspritzung geschieht mittels Luft oder Kohlensäure unter Druck, die durch ein mit einem Dreiweghahn f versehenes Rohr e in das Gehäuse des Ventils c geleitet wird.The injection takes place by means of air or carbon dioxide under pressure, which is passed through a pipe e provided with a three-way valve f into the housing of the valve c .

Durch ein Ventil g kann der Zylinder b mit dem Behälter h verbunden werden, der an der anderen Seite an dem Kompressionszylinder α angeschlossen ist, und ein anderes Ventil I steht mit einer Leitung i in Verbindung, die von einer von dem Motor getriebenen Pumpe j gespeist wird, welche ein Dreiweghahn k mit der Atmosphäre oder mit einem nicht dargestellten Sauerstoff behälter in Verbindung setzen kann.The cylinder b can be connected through a valve g to the container h, which is connected on the other side to the compression cylinder α , and another valve I is connected to a line i which is fed by a pump j driven by the motor is, which a three-way valve k can put in contact with the atmosphere or with an oxygen container, not shown.

Das Auspuffrohr m des Zylinders b ist durch ein Rohr η an einen Sammelbehälter 0 für die Abgase angeschlossen, auf dem ein Dreiweghahn ft angeordnet ist, der einerseits mit der Atmosphäre und andererseits mit einem Verdichter und Ausscheider q in Verbindungt steht.The exhaust pipe m of cylinder b is connected by a pipe η to a collecting tank 0 for the exhaust gases, on which a three-way valve ft is arranged, which is connected on the one hand to the atmosphere and on the other hand to a compressor and separator q .

Dieser letztere ist durch ein Rohr r mit Druckregler s an einen Trocken - Ausscheider oder - Reiniger t angeschlossen, der an seinem einen Ende eine aufsaugende Masse, wie Torf, enthält; dieser Reiniger t kann durch einen Dreiweghahn ζ einerseits mit einer zu der Ansaugeöffnung des Zylinders α führenden Leitung u in Verbindung gesetzt werden und andererseits mit der Atmosphäre. An dem' Reiniger kann eine nicht dargestellte Vorrichtung angebracht sein, die eine Untersuchung der Gase durch den Augenschein gestattet.The latter is connected by a pipe r with a pressure regulator s to a dry separator or cleaner t which at one end contains an absorbent mass such as peat; this cleaner t can be connected through a three-way valve ζ on the one hand with a line u leading to the suction opening of the cylinder α and on the other hand with the atmosphere. A device (not shown) that allows the gases to be examined visually can be attached to the cleaner.

Eine Zweigleitung ν geht von dem Rohr r ab und besitzt ein so eingestelltes Ventil x, daß es sich bei einem gewissen Drücke im Kreisprozeß öffnet; diese Abzweigung führt zur Ansaugestelle einer Pumpe y, die nach außen fördert.A branch line ν goes from the pipe r and has a valve x adjusted so that it opens at a certain pressure in the cycle; this branch leads to the suction point of a pump y, which delivers to the outside.

Eine Stange I, die mit einem Griffe versehen ist, verbindet die Schlüssel der Hähne z, ft, k und f miteinander, so daß man die verschiedenen Hähne gleichzeitig stellen kann.A rod I, which is provided with a handle, connects the keys of the taps z, ft, k and f with one another, so that the different taps can be set at the same time.

Für die Fahrt an der Oberfläche stellt man die Stange in der Weise ein, daß die Hähne k, p und ζ mit der Atmosphäre in Verbindung sind und der Hahn f das Petroleumeinspritzventil mit einem mit Druckluft gefüllten Behälter in Verbindung setzt. Das Einspritzen des Petroleums geschieht mittels Druckluft, der Kolben α saugt atmosphärische Luft durch den Hahn ζ an und drückt sie in den Behalter h, von wo man sie zum Ausspülen des Maschinenzylinders b entnimmt.For travel on the surface, the rod is adjusted in such a way that the taps k, p and ζ are in communication with the atmosphere and the tap f connects the petroleum injection valve with a container filled with compressed air. The petroleum is injected by means of compressed air, the piston α sucks in atmospheric air through the tap ζ and pushes it into the container h, from where it is removed to rinse the machine cylinder b .

Die Pumpe / fördert durch das Ventil I in diesen Zylinder b atmosphärische Luft von entsprechendem Druck, die mit dem durch das Ventil c zugeleiteten Brennstoff das Explosionsgemisch bilden soll.The pump / conveys through the valve I into this cylinder b atmospheric air of the appropriate pressure, which is to form the explosive mixture with the fuel supplied through the valve c.

Die Reinigungsapparate q und t sind unbenutzt, und die Pumpe y, die keine Nutzarbeit leistet, kann dann losgekuppelt sein.The cleaning devices q and t are not used, and the pump y, which is not doing any useful work, can then be disengaged.

Für die Unterwasserfahrt ersetzt man zunächst die Druckluft zum Einspritzen des Petroleums durch Kohlensäure unter Druck, die durch das Rohr e zugeführt wird. Die Auspuffgase des Maschinenzylinders werden durch eine Spülung mit Kohlensäure unter Druck ausgetrieben. Diese Kohlensäure wird für die ersten Umdrehungen der Maschine nach ihrer Isolierung von der Atmosphäre von einer zweckmäßigen Quelle geliefert, beispielsweise von der, die die für die Einspritzung des Petroleums gebrauchte Kohlensäure hergibt.. .For underwater travel, the compressed air for injecting the petroleum is first replaced by carbonic acid under pressure, which is fed through the tube e. The exhaust gases from the machine cylinder are expelled under pressure by purging with carbonic acid. This carbonic acid is supplied for the first few revolutions of the machine after it has been isolated from the atmosphere from a suitable source, for example the one which produces the carbonic acid used for the injection of the petroleum.

Die Auspuffgase werden durch das Rohr η in den Verdichter und Ausscheider q geleitet, der aus zwei Teilen besteht. In dem einen Teil, beispielsweise einem Oberflächenkondensator, wird der Wasserdampf niedergeschlagen, während in dem anderen, mit Torf o. dgl. gefüllten Teil, der einen Filter bildet, die Kohlenstoffteilchen, das unverbrannte Öl und die letzten Wasserspuren zurückgehalten werden.The exhaust gases are passed through the pipe η into the compressor and separator q , which consists of two parts. In one part, for example a surface condenser, the water vapor is precipitated, while in the other part, which is filled with peat or the like and which forms a filter, the carbon particles, the unburned oil and the last traces of water are retained.

Der trockene Ausscheider t hält noch die Staubteilchen und die sonst noch vorhandenen Stoffe zurück, die haben durchschlüpfen könneu, und diese Filtrierung durch den in dem Behälter befindlichen Torf ist vollendet, wenn man sich durch den Augenschein für eine gewisse Dichte dieser Gase von einer vollständigen Reinigung überzeugt.The dry separator t still holds back the dust particles and the other substances still present that have been able to slip through, and this filtration through the peat in the container is complete when one looks for a certain density of these gases from a complete purification convinced.

Die gereinigten Gase, gehen durch dasThe purified gases go through that

ίο Rohr ü zur Ansaugestelle des Zylinders a. Diese gereinigten und komprimierten Auspuffgase gehen dann in den Behälter A, von dem aus sie für die Spülung verwendet werden. Die Einspritzung des Petroleums durch das Ventil c kann ebenfalls mit Hilfe der in dem Behälter h aufgespeicherten, gereinigten Auspuffgase ausgeführt'werden, die dann durch eine geeignete, nicht dargestellte Rohrleitung und einen Kompressor zu dem Ventil c ge-ίο pipe ü to the suction point of the cylinder a. These purified and compressed exhaust gases then go into container A, from which they are used for purging. The injection of the petroleum through the valve c can also be carried out with the aid of the cleaned exhaust gases stored in the container h , which are then conveyed to the valve c through a suitable pipe (not shown) and a compressor.

ao führt wird. Der Sauerstoff wird durch das Ventil I in den Zylinder b geleitet.ao will lead. The oxygen is passed through valve I into cylinder b .

Von diesem Augenblicke an, wenn keine Speisung mit Luft mehr stattfindet, tritt kein frischer Stickstoff in die Rohrleitungen, und nur der darin schon enthaltene braucht noch entfernt zu werden.From this moment on, when there is no more air supply, nothing occurs fresh nitrogen in the pipelines, and only the nitrogen already contained in it is still needed to be removed.

Zu diesem Zwecke wird, da der Überschuß der Gasprodukte durch das Ventil χ ausgeschieden wird, der in den Behältern q und t verbliebene Stickstoff nach und nach durch dieses Ventil ausgetrieben, was innerhalb einer ganz kurzen Zeit geschieht, da die Menge der durch die Verbrennung des Petroleums in dem Zylinder erzeugten kohlenstoffhaltigen Gase gegenüber dem kleinen Betrag an in der Rohrleitung und ihren Zuführungen befindlichen stickstoffhaltigen Gasen groß ist.For this purpose, since the excess of the gas products is excreted through the valve χ , the nitrogen remaining in the containers q and t is gradually expelled through this valve, which happens within a very short time, since the amount of the Petroleum generated carbonaceous gases in the cylinder is large compared to the small amount of nitrogenous gases in the pipeline and its supplies.

Man erhält so ein Auspuffgas, das nur noch reine und trockene Kohlensäure und außerdem eine gewisse Menge Sauerstoff enthält, die bei der Verbrennung hat entschlüpfen können.So you get an exhaust gas that is only pure and dry carbon dioxide and It also contains a certain amount of oxygen that has escaped during combustion can.

Von diesem Augenblick an wird, was man leicht an den sich bildenden Kohlenniederschlagen erkennt, die zum Betriebe der Maschine nötige Wärme zu gleicher Zeit nach den beiden folgenden Reaktionen gebildet.From this moment on, what can easily be seen in the coal deposits that form recognizes that the heat required to operate the machine is formed at the same time after the two following reactions.

Dabei bestehen die VerbrennungsrückständeThis is where the combustion residues exist

aus: .the end: .

i. Gewöhnliche Verbrennung:
C₇ H₁₉ + 11 O₂ = 7 C O₂ + 8 H₂ O i. Ordinary combustion:
C ₇ H ₁₉ + 11 O ₂ = 7 CO ₂ + 8 H ₂ O

Petroleumpetroleum

Sauerstoff KohlensäureOxygen carbonic acid

Wasser.Water.

2. Zersetzung der Kohlensäure:
C₇ H₁₆ -f 4CO₂ + Hitze2. Decomposition of carbonic acid:
C ₇ H ₁₆ -f 4CO ₂ + heat

Petroleum KohlensiiurePetroleum carbonic acid

■= 5¹AA H- 8H₂O + Hitze.■ = 5 ¹ AA H- 8H ₂ O + heat.

Kohlenstoff WasserCarbon water

Schließlich kann die gesamte Reaktion folgendermaßen formuliert werden:
2 C₇ H₁₆ + 11 O₂ + 4 C O₂ Finally, the entire reaction can be formulated as follows:
2 C ₇ H ₁₆ + 11 O ₂ + 4 CO ₂

7CO₂ 7CO ₂

+ 16H₂O,+ 16H ₂ O,

= ₇ = ₇

C₂ C ₂

1.6. H₂ O. 1.6. H ₂ O.

d\ h. der Betrag an für eine gewisse Menge Petroleum gebildeter gasförmiger Kohlensäure, mit anderen Worten an über Bord zu beförderndem Gas, ist auf die Hälfte gegenüber der Menge reduziert, die bei einer nur nach der Gleichung 1 stattfindenden Verbrennung entstehen würde.d \ h. the amount of for a certain amount Petroleum formed gaseous carbonic acid, in other words to be carried overboard Gas, is reduced by half compared to the amount that would result from combustion taking place only according to equation 1 would arise.

Diese Gleichungen zeigen ferner, daß der Verbrauch an Sauerstoff nur halb so groß ist wie bei einer Zersetzung des Petroleums nur nach der Gleichung 1.These equations also show that the consumption of oxygen is only half as great as with a decomposition of petroleum only according to equation 1.

Endlich folgt daraus, daß der Überschuß an Auspuffgas, das sich nach der Gleichung 1 bildet, reines, Betrag um Betrag in kaltem Wasser lösliches Kohlensäuregas ist, dessen man sich durch einfaches Ableiten in das Meer entledigen kann, ohne die Aufmerksamkeit des Feindes durch an der Meeresoberfläche platzende Gasblasen zu erregen. Mit anderen Worten: Diese Art und Weise der Speisung des Motors bedeutet eine Ersparnis an Sauerstoffverbrauch, was für ein Unterseeboot hinsichtlich seines Aktionsradius ein Punkt von großer Wichtigkeit ist, denn das Mitführen von Sauerstoffgas, sei es in Form von Gas go unter Druck, sei es in Form von chemischen Produkten, die dieses Gas entwickeln können, ist immer hinderlich. Andererseits ergibt die Verbrennung viel Kohlenstoff und Wasserdampf, beides verdichtbare Produkte, wodurch die Menge an in das Meer zu leitenden oder auch aufzuspeicherndem Auspuffgas beträchtlich vermindert wird. Außerdem enthalten die Auspuffgase bei diesem Speisungsverfahren als Verbrennungsprodukte nur reine, im Wasser leicht lösliche Kohlensäure und etwas Sauerstoff, nur die Menge des während der Unterwasserfahrt verbrauchten Petroleums ist etwas größer.Finally it follows that the excess of exhaust gas, which is calculated according to equation 1 forms, pure, carbonic acid gas, which is soluble in cold water, amount by amount you can get rid of yourself by simply diverting into the sea without paying attention of the enemy by bursting gas bubbles on the surface of the sea. With others In other words: This way of supplying the motor means a saving in oxygen consumption, what is a point of great importance for a submarine in terms of its radius of action, because being carried along of oxygen gas, be it in the form of gas go under pressure, be it in the form of chemical Products that can develop this gas are always a hindrance. On the other hand, the result Burns a lot of carbon and water vapor, both compressible products, which the amount of exhaust gas to be conducted or stored in the sea is considerable is decreased. In addition, the exhaust gases contain in this feeding process as combustion products only pure carbonic acid, easily soluble in water, and some oxygen, only the amount of petroleum consumed while underwater is some greater.

Man kann natürlich auch die Einspritzung des Petroleums mit Hilfe von Luft beibehalten, da der Betrag an Einspritzluft gegenüber dem Zylinderrauminhalt sehr klein ist; in diesem Falle ist aber eine kleine Menge Stickstoff in dem Kreisprozeß enthalten.You can of course keep the petroleum injected with the aid of air, since the amount of injection air compared to the cylinder space is very small; but in this case there is a small amount Contained nitrogen in the cycle.

Claims

Patent Claims:

i. Method for operating internal combustion engines in submarines, in particular of diesel engines, during underwater travel, characterized in that, that the combustion of the fuel (petroleum) with the help of a carbon dioxide and only Oxygen existing gas, with complete exclusion of water vapor, is effected for the purpose of increasing the deposition of carbon and oxygen

enable and in this way by the participation of the oxygen of the carbonic acid in the combustion of the fuel, on the one hand, the consumption of the injected oxygen and, on the other hand, the amount of and reduce non-compressible gases in the excess of the exhaust gases to make this excess of exhaust gas soluble in water.

2. Device for carrying out the method according to claim i, characterized in that a condenser and separator (q) is switched on in the line for recirculating the exhaust gases into the engine, which completely eliminates the water vapor which is a hindrance to the reaction according to its formation from the cycle removed.

1 sheet of drawings.